JP2000019357A

JP2000019357A - 光アレイモジュール及び反射鏡アレイ

Info

Publication number: JP2000019357A
Application number: JP10185064A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuyama; 山宏松; Hideto Furuyama; 山英人古
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光ファイバとの光結合のトレランスを広くす
るために、レンズを用いずに、加工精度の高いＳｉの異
方性エッチングなどで形成したテーパ部によりアライメ
ントされ、さらには光集光機能を有する反射鏡アレイを
搭載した光アレイモジュールを提供することを目的とす
る。【解決手段】加工精度の高いＳｉの異方性エッチング
などで形成したテーパ部により光ファイバを位置精度良
くガイドすることにより、正確且つ容易にアライメント
することができ、高い効率の光結合を実現することがで
きる。さらには、光集光機能を有する反射鏡アレイを用
いることにより、レンズを用いずに結合の効率を改善
し、光結合のトレランスを拡大することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光アレイモジュー
ル及び反射鏡アレイに関し、特に、複数の光ファイバと
光素子アレイとの光結合を、アライメント基板により確
実且つ容易に確保し、あるいは、反射鏡アレイを用いて
集光することにより、光結合効率を高くし、同時に、光
ファイバとの位置合わせのトレランスを広くした光アレ
イモジュール及び反射鏡アレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＡＮ（local area network）間
やコンピュータ内のボード間のデータ転送手段として光
通信方式が採用されつつある。このために用いられる光
通信用モジュールに対しては、高速かつ大容量のデータ
通信と信頼性の高いデータ伝送が要求され、同時に、製
造面では高い歩留りと低コスト化である光結合技術が要
求されている。伝送のハードウエア要素としては、送信
モジュール、受信モジュール、及び光ファイバなどの光
伝送部品がある。高速かつ大容量データの伝送技術の一
つとして多チャンネル化がある。この技術は、アレイ状
の光素子とアレイ状光ファイバとの光結合が必要であ
り、高精度の光素子マウント技術と光ファイバの位置合
わせによる光結合技術が必要である。

【０００３】一方、光受信技術を応用した技術の一つと
してファクシミリや画像取込装置などに用いられるイメ
ージセンサがある。これにもアレイ状の受光素子と画像
データを持った光信号との光結合技術が必要である。画
像をより美しく、より鮮明にし、解像度を上げるために
は、効率良く光を集光し結合する必要がある。また、分
解能が高い場合には、原稿面の凹凸による散乱光の不要
な反射光が受光素子面へ入射して解像度が低下するた
め、不要な斜めに入射する散乱光を防ぐことも必要であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、光受信アレイモ
ジュールやイメージセンサなどの光結合部には、２次元
光ファイバアレイやマイクロレンズアレイなどが用いら
れ、この技術によって光受信アレイモジュールやイメー
ジセンサの性能が決まっていた。よってここでは２次元
光ファイバとマイクロレンズアレイの技術について詳し
く説明していく。

【０００５】図１１は、従来の光アレイモジュールに用
いられている２次元光ファイバアレイ部の概略断面図で
ある。同図において、１０１はシリコン（Ｓｉ）基板で
あり、１０２はＳｉ基板を異方性エッチングして形成し
たＶ溝である。１０３は光ファイバであり、１０４はＳ
ｉ基板１０１同士を固定するための半田である。２次元
光ファイバアレイはＶ溝１０２に光ファイバ１０３を半
田材で固定したのち、半田１０４で積層固定したもので
ある。

【０００６】光ファイバのＸ、Ｙ軸方向（図１１の紙面
に対して平行な方向）のアライメント精度は、それぞれ
のＶ溝の寸法と位置とで決まる。１つのＳｉ基板内での
Ｖ溝の寸法や位置は、数μｍ程度の誤差で製作可能であ
る。しかし、Ｓｉ基板１０１同士の位置合わせ精度によ
って基板間で位置ずれが生じてしまうため光ファイバの
アライメント位置のばらつきが大きいという問題があっ
た。さらに、Ｓｉ基板１０１の厚さや半田１０４の厚さ
のばらつきによってもアライメントは大きくずれてしま
う。そのために、等ピッチに配列した光素子アレイとの
光軸合わせでは光結合損失が大きくなってしまうという
問題があった。また、構造が複雑なため製造時間がかか
るという問題があった。よって、この部品を搭載した光
アレイモジュールにも同様な問題があった。

【０００７】一方、図１２は、従来のマイクロレンズア
レイを表す概略斜視図及び断面図である。同図におい
て、１１０は石英ガラスであり、１１１はレンズ部分で
ある。マイクロレンズアレイは光の透過率の高い石英ガ
ラス１１０をドライエッチングして球状のレンズ１１１
をアレイ状に形成したものである。その具体的な製造プ
ロセスは次の通りである。すなわち、平坦な石英ガラス
基板にフォトレジストを塗布する。マスクパターンで露
光、現像したのちに、加熱してレジストを軟化させて表
面張力で丸めると、レンズ形成部分にレンズ形状の保護
樹脂が形成される。その後、ドライエッチングするとマ
イクロレンズ１１１が形成される。しかし、石英ガラス
をエッチングする時間レートは０．０６μｍ／分（特開
平９−９０１６２号公報を参照のこと）程度と極めて低
く、加工に非常に時間を要するため数十μｍ程度のエッ
チング量が限界である。

【０００８】このように、石英ガラスを材料とした場
合、加工性が非常に悪く、レンズの厚み寸法が制限され
てしまうという問題があった。さらに、エッチング条件
が悪い場合には、ガラスの表面が荒れて光の吸収や反射
が生じ、光パワーが損失してしまうという問題もあっ
た。

【０００９】つまり、上述した２種類の要素技術を使っ
て光アレイモジュールを製造した場合には、精度の高い
マウント技術および位置あわせ技術が必要であり、光フ
ァイバの位置ずれなどにより歩留り低下やデータ伝送の
信頼性が低下しやすく、光軸ずれや焦点距離のばらつき
により光結合損失が生じる。また、製造時間がかかる、
加工が容易でないという問題も生ずる。また、イメージ
センサの場合には光軸ずれや焦点距離のずれにより解像
度が低下するという問題があった。

【００１０】本発明はかかる課題の認識に基づいてなさ
れたものである。すなわち、その目的は、光ファイバと
の光結合のトレランスを広くするために、レンズを用い
ずに、加工精度の高いＳｉの異方性エッチングなどで形
成したテーパ部によりアライメントされ、さらには光集
光機能を有する反射鏡アレイを搭載した光アレイモジュ
ールを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の光ア
レイモジュールは、光半導体素子と、略テーパ状の内壁
面を有する貫通孔が形成された反射鏡アレイと、光ファ
イバと、を備え、前記光ファイバの一端は前記反射鏡ア
レイの前記貫通孔の一端側に配置され、前記光半導体素
子は、前記反射鏡アレイの前記貫通孔の他端側に配置さ
れ、前記貫通孔の内壁面は反射鏡として構成され、前記
光ファイバと前記光半導体素子とは前記貫通孔を介して
光学的に結合されていることを特徴とし、前記反射鏡に
より高い結合効率を実現し、結合トレランスも広げるこ
とができる。

【００１２】一方、本発明の反射鏡アレイは、略テーパ
状の内壁面を有する貫通孔が形成され、前記貫通孔の内
壁面が反射鏡として構成されたことを特徴とする。

【００１３】この反射鏡アレイは、例えばシリコンを異
方性エッチングすることにより形成することができ、そ
の反射面にはＡｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｚｎ、Ｃｒの何れ
か１つあるいは２つ以上の反射膜または誘電体の積層膜
を形成することが望ましい。

【００１４】または、本発明の光アレイモジュールは、
光半導体素子と、略テーパ状の内壁面と略平面状の底面
とを有する凹部が表面側に形成されたアライメント基板
と、光ファイバと、を備え、前記光ファイバの一端は前
記アライメント基板の前記凹部の前記略テーパ状の内壁
面に接触した状態で保持され、前記光ファイバと前記光
半導体素子とは、前記凹部の前記底面を介して光学的に
結合されていることを特徴とし、アライメントを確実且
つ容易に確保することができる。

【００１５】または、本発明の光アレイモジュールは、
略テーパ状の内壁面と略平面状の底面とを有する凹部が
表面側に形成されたアライメント基板と、光ファイバ
と、を備え、前記アライメント基板の裏面側において外
部の装置と接続されるコネクタ型の光アレイモジュール
であって、前記光ファイバの一端は前記アライメント基
板の前記凹部の前記略テーパ状の内壁面に接触した状態
で保持され、前記光ファイバと前記外部の装置とは、前
記凹部の前記底面を介して光学的に結合されるものとし
て構成されていることを特徴とし、アライメントを確実
且つ容易に確保することができる。

【００１６】また、本発明の光アレイモジュールは、前
記反射鏡アレイと２次元受光素子アレイとを備え、前記
受光素子アレイの受光面に合わせて前記反射鏡アレイの
テーパ穴の小なる面を配置してなることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、加工精度の高い
Ｓｉの異方性エッチングなどで形成したテーパ部により
光ファイバを位置精度良くガイドすることにより、正確
且つ容易にアライメントすることができ、高い効率の光
結合を実現することができる。さらには、光集光機能を
有する反射鏡アレイを用いることにより、レンズを用い
ずに結合の効率を改善し、光結合のトレランスを拡大す
ることが可能となる。

【００１８】以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
る光アレイモジュールの断面図である。

【００２０】また、図２は、このモジュールに用いる反
射鏡アレイ１１の概略斜視図及びＡ−Ａ’線断面図であ
る。

【００２１】すなわち、本実施形態の光アレイモジュー
ルは、縦横各３チャンネルで全９チャンネルの受信器で
ある。図１において、１０は３×３個の受光素子アレ
イ、１１は３×３個のテーパ穴を設けた反射鏡アレイで
ある。これらは、厚さはそれぞれ異なるが、外形幅はほ
ぼ同じ寸法とされている。受光素子アレイ１０を構成す
る受光素子１３は、例えばＰＤ（photodiode）である。
１２は受光素子アレイ１０と反射鏡アレイ１１をマウン
トするためのステムであり、受光素子アレイ１０の外形
寸法に合わせた掘り込みが設けてある。１６は受光素子
と光結合するための光ファイバで、１７は光ファイバ１
６とステム１２との位置決め固定を行うファイバホルダ
である。これらは、エポキシ接着剤１９により固定され
ている。また、光ファイバ１６は、プラスチック光ファ
イバ（plastic optical fiber ：ＰＯＦ）であり、１８
は光ファイバ１６の中心部を占め光を伝達するプラスチ
ックのコアである。コア１８の寸法に合わせて、反射鏡
の開口窓のサイズは大きくしてある。ちなみに、ＰＯＦ
の外径は、約０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度であり、コア径
は、外径よりも数１０ミクロン細い。但し、本発明は、
ＰＯＦに限定されるものではなく、例えば、石英ファイ
バも同様に用いることができる。

【００２２】本実施形態では、コア径より５０％程度大
きくしている。一方、反射鏡の出射窓と受光素子１３の
受光面との位置合わせは大きくずれることはないので、
出射窓のサイズは、受光素子１３の受光面よりも若干小
さくすれば良い。２０は外部電気端子であり、図示しな
い配線経路により受光素子１３などに接続されている。

【００２３】次に本実施形態の光アレイモジュールの製
造工程を説明する。まず、ステム１２の掘り込みに半田
１４を載せる。次に、受光素子１３の受光面を上にして
素子アレイ１０を積み重ねる。ここで、素子アレイ１０
は、受光面と同一面に等ピッチにＡｕＳｎ半田１５を蒸
着しておく。さらに、反射鏡アレイ１１を出射窓を下面
にして置き、その後、荷重をかけながら、約３００℃に
加熱すると、受光素子アレイ１０と反射鏡アレイ１１と
が半田でステムに固定される。

【００２４】一方、９本の光ファイバ１６をファイバホ
ルダ１７に形成してある四角の穴に挿入しファイバの端
面を揃えておく。その後、エポキシ接着剤１９をホルダ
と光ファイバ間に充填しておく。ここで、ホルダに対す
るファイバの挿入マージンは、予め光軸ずれの許容範囲
内に収めることが望ましい。最後に、光ファイバ付きの
ファイバホルダ１７をステム１２と側面を合わせて密着
させ、密着面が固定できるようにＹＡＧ溶接でその周囲
２１を溶接固定する。

【００２５】次に、図２を参照しつつ、反射鏡アレイ１
１について詳しく説明する。反射鏡アレイ１１は、例え
ば、シリコン（Ｓｉ）などの基板１を用いて形成するこ
とができる。シリコン基板を用いた場合には、異方性エ
ッチングにより形状および寸法を高精度に加工でき、し
かも、石英ガラスに比べてエッチング速度が１００倍程
度も早いという利点がある。２は入射光を集光させるた
めのテーパ状の貫通穴を設けた反射鏡である。大口径側
は入射窓、小口径側は集光した光の出射窓である。入射
窓と出射窓の間のテーパ部には反射面４があり、基板１
の表面を含めた全面に反射膜３を蒸着している。この反
射膜３がない場合、例えば、波長１．３μｍの光はＳｉ
を透過するため光の集光率が低くなる。光を反射させる
ため、また、Ｓｉ基板１を半田固定するため、例えば、
反射膜３としてＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造の金属蒸着
膜を用いることが好ましい。図示した例では、反射鏡２
を基板１に３×３個、合計９個アレイ状に配置し、９チ
ャンネル分の光結合が得られるようにしている。

【００２６】入射窓５、反射面４および出射窓６の寸法
や角度は、用いるファイバのコア径や受光素子１３の受
光面の寸法により適宜決定することができる。図２
（ｂ）において、入射光７が反射鏡２に対して垂直に入
射する場合、入射光７と反射光８の成す角が小さいと、
反射光８が反対側の反射面４に至り、入射側に戻されて
しまう。これを防ぐため、入射光７と反射光８の成す角
度がある程度以上になるように、反射面４の角度を決定
する必要がある。また、反射光８が出射窓６の中心軸に
至る箇所において集光率が高くなることから、基板１と
受光素子１３との距離については、出射窓６の近傍に受
光面を配置するほうが良い。最悪の場合でも、反射光８
が出射窓６よりも外側に外れない範囲で受光面の距離を
設定することが望ましい。

【００２７】反射鏡アレイ１１の製造プロセスについ
て、シリコン基板を用いた場合を例に挙げて以下に説明
する。まず、Ｓｉウェーハを酸化装置で酸化してＳｉＯ
₂酸化膜を形成する。次に、フォトレジストを塗布し、
入射窓に合わせた四角形のパターンを有したマスクで露
光現像し、剥離液でレジストを剥離すると、レジスト面
にＳｉＯ₂酸化膜が露出した四角形の窓が形成できる。
その後、ＮＨ₄Ｆで露出したＳｉＯ₂を除去する。次
に、ＫＯＨ溶液で四角窓に露出したＳｉ基板を面方位に
沿ってエッチングしていくと｛１１１｝面に囲まれたテ
ーパ状の開口が形成される。

【００２８】テーパ状の開口を形成したあと、蒸着装置
によりＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの順で反射膜を蒸着し、その
後、ダイシング装置により、所定の大きさにカットする
と反射鏡アレイ１１が完成する。

【００２９】なお、反射鏡アレイ１１は、シリコン基板
以外にも、ゲルマニウムやＧａＡｓなどの種々の半導体
基板や、樹脂、金属、無機材料などにより形成すること
ができる。例えば、半導体基板を用いる場合には、シリ
コンの場合と同様に所定の面方位依存性を有するエッチ
ング方法を用いてテーパ状の開口を形成することができ
る。また、樹脂や金属により形成する場合には、ダイキ
ャストやキャストモールドなどの方法によりテーパ状の
開口を形成することができる。

【００３０】また、反射鏡アレイ１１の反射膜３は、金
（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、銀
（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃ
ｕ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、モリブデン
（Ｍｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）の何れか１つ
あるいは２種類以上の積層構造または合金膜を用いるこ
とができる。これらの金属の反射膜は、前述した蒸着法
以外にも、例えば電解メッキや無電解メッキなどの方法
により形成することもできる。用途に応じて、安価な材
質を選択したり、反射率が高い材質を選択すれば光結合
効率の向上した反射鏡あるいは反射鏡アレイが実現でき
る。

【００３１】例えば、Ａｌのように酸化しやすく光結合
損失が劣化するような材質の場合でも、光結合部を透明
な樹脂剤で充填すれば安価で信頼性の高いモジュールが
実現可能である。

【００３２】さらに、反射膜３として、誘電体の積層膜
を用いることもできる。例えば、酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）と酸化シリコン（ＳｉＯ₂）とを交互に積層した
いわゆるブラッグ反射鏡を用いれば、所定の波長帯にお
いて極めて高い反射率を実現することができる。

【００３３】一方、本発明の反射鏡アレイは３×３のア
レイに限られず、基板に反射鏡を１個形成した１チャン
ネル用の反射鏡の場合も有効に利用できる。また、チャ
ンネル数やサイズに合わせて（ｍ×ｎ）個（ｍ、ｎは任
意の自然数）または（１×ｍ）個（ｍは任意の整数）で
も適宜製作可能である。さらに、反射鏡は正方形と限っ
たものではなく長方形、三角形、六角形、円形でも良
く、その形状、寸法にも制限がない。例えば、一枚のウ
ェーハに多数のテーパ部の溝を格子状に配置して、任意
の大きさにダイシングすれば、ウェーハ１枚から任意の
配列、寸法、形状の反射鏡が得られる。

【００３４】また、多数のウェーハをバッチ単位で処理
すれば大量生産が可能であり、その結果、低コスト化が
計れることは言うまでもない。

【００３５】以上のようにして反射鏡アレイを搭載した
光受信アレイモジュールが実現できる。

【００３６】本実施形態では、光ファイバの位置合わせ
はコア径の５０％の範囲内の位置合わせに入れば良いか
ら位置合わせトレランスが広がるという効果も得られ
る。

【００３７】また、エポキシ接着剤１９の気密とＹＡＧ
溶接固定を気密に行えば、受光素子の劣化を抑えた気密
封止型の光受信モジュールも容易に実現可能であり、さ
らに、透明な樹脂材で反射鏡および受信素子を覆っても
実現可能である。加えて、光ファイバ、反射鏡アレイお
よび受光素子を樹脂材料により一括モールドで製作すれ
ば、低コストな光受信モジュールが実現できる。

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図３は、本発明による第２の光アレイモジュ
ールを表す概略断面図である。すなわち、同図のモジュ
ールは、光送信モジュールであり、図１に示した受光素
子アレイ１０を発光素子アレイ２２に置き換えた点が異
なる。ここで、発光素子アレイ２２を構成する発光素子
２３は、例えば、ＬＥＤ（light emitting diode）やＬ
Ｄ（laser diode ）である。また、反射鏡アレイ１１の
テーパの向きが逆に配置されている。つまり、開口の大
きい入射窓が発光素子側で、開口の小さい出射窓が光フ
ァイバの端面側に配置されている。

【００３９】本実施形態においては、発光素子２３から
放出された光は、反射鏡アレイ１１のそれぞれのテーパ
部において反射集光され、光ファイバ１６のコア１８に
結合される。ここで、反射鏡アレイ１１の入射窓、反射
面および出射窓の寸法や角度は、用いるファイバのコア
径や発光素子２３の発光面の寸法により適宜決定するこ
とができる。

【００４０】これら以外の各部分や組立方法は、前述し
た第１実施形態と概略同様であるので、同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。

【００４１】本実施形態によっても、前述した第１実施
形態と同様に、入射窓のサイズを発光素子２３の発光面
のサイズより大きくすることで結合効率が高く且つ光結
合のトレランスの広い光送信アレイモジュールを実現で
きる。

【００４２】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる
光アレイモジュールの概略断面図である。また、図５
は、このモジュールのアライメント基板５０を表す概略
斜視図及びそのＡ−Ａ’線断面図である。

【００４３】図４の光アレイモジュールは、紙面上に３
チャンネル、紙面に対して垂直な方向に３チャンネルの
全９チャンネル用のものである。同図において、３０は
３×３個の光半導体素子３３が配置された素子アレイ、
５０は３×３個の凹部が形成されたアライメント基板で
ある。素子アレイ３０を構成する光半導体素子３３は、
受信モジュールの場合はＰＤ（photodiode）であり、送
信モジュールの場合はＬＥＤ（light emitting diode）
またはＬＤ（laser diode ）である。３２は素子アレイ
３０とアライメント基板５０とをマウントするためのス
テムである。ステム３２は、例えば、金属材料であるコ
バールからなり、素子アレイ３０の外形寸法に合わせた
掘り込みが形成され、さらにその上部にはアライメント
基板５０の外形寸法に合わせた段差が形成されている。

【００４４】３６は光半導体素子３３のそれぞれと光結
合するための光ファイバである。ここでは、光ファイバ
として石英ファイバを例示した。すなわち、３８Ａは光
ファイバ３６の中心部を占める光を伝達する石英ガラス
からなるコアである。その外周にはクラッド３８Ｂがあ
り、さらに保護材である樹脂３８Ｃで被覆されている。
但し、本実施形態も石英ファイバに限定されるものでは
なく、例えば、前述したＰＯＦも同様に用いることがで
きる。また、３７は光ファイバ３６とステム３２との位
置決め固定を行うファイバホルタであり、エポキシ接着
剤３９、４１で固定されている。

【００４５】本発明においては、アライメント基板５０
にテーパ状の凹部５２が形成され、そのテーパ部にクラ
ッド３８Ｂを突き当てることにより確実且つ容易にアラ
イメントをとることができる。つまり、クラッド３８Ｂ
の外形寸法に合わせて、アライメント基板５０の凹部５
２の開口形状やサイズを決定している。本実施形態にお
いては、凹部５２の開口径はクラッド径より５０％程度
大きく、また、凹部の底面の径はクラッド径よりも小さ
くなるようにしている。２０は外部電気端子であり、図
示しない配線経路により光半導体素子３３などと接続さ
れている。

【００４６】次に、図５を参照しつつ、アライメント基
板５０について詳しく説明する。アライメント基板５０
は、例えば、シリコンなどからなる基板５１に凹部５２
がアレイ状に設けられている。凹部５２は、貫通孔では
なく底面を残したテーパ状の孔である。すなわち、凹部
５２は、斜面５３と底面５４とを有する。斜面５３や底
面５４の寸法および角度は、ファイバのクラッド径によ
り適宜決定することができる。

【００４７】本実施形態によれば、図４にも示したよう
に、凹部５２の斜面５３によりファイバのクラッド３８
Ｂを当てることによりガイドして、アライメントを確実
且つ容易に得ることができる。また、本実施形態におい
ては、凹部５２は、基板５１を貫通する孔ではなく、そ
の底面が塞がれている。このようにしても、用いる光の
波長に対して基板５１の吸収率が低いように材料を選択
すれば光を透過させ、結合することができる。例えば、
波長帯１．３μｍの光に対しては、シリコンはほぼ透明
であり、光は透過できる。また、ＰＯＦで用いられる赤
色の波長に対しては、透明樹脂を用いてアライメント基
板５０を形成することにより、光を透過させることがで
きる。

【００４８】本実施形態によれば、このように貫通穴を
形成せずに光を結合するので、気密を維持できる点で極
めて有利である。つまり、図４に示したように、素子ア
レイ３０にはＰＤやＬＥＤなどの光半導体素子３３が形
成されているが、これらの半導体素子が外気に曝される
と故障の原因となる。これに対して本実施形態によれ
ば、アライメント基板５０とステム３２とを接着するこ
とにより、素子アレイ３０を気密状態に封止することが
できる。その結果として、湿気や各種の腐食性雰囲気な
どによる光半導体素子３３の故障を解消することができ
る。

【００４９】次に、シリコン基板を用いた場合を例に挙
げて、アライメント基板５０の製造プロセスを以下に簡
単に説明する。まず、Ｓｉウェーハの基板を酸化装置で
酸化してＳｉＯ₂酸化膜を形成する。次に、フォトレジ
ストを塗布して、開口部に合わせた四角のパターンを有
したマスクで露光現像し、その後、剥離液でレジストを
剥離すると、レジスト面にＳｉＯ₂２酸化膜の露出した
四角の窓が形成される。次に、ＮＨ₄Ｆで窓の部分に露
出したＳｉＯ₂を除去する。さらに、ＫＯＨで四角窓の
開口部のＳｉ基板を面方位に沿ってエッチングしていく
と｛１１１｝面からなるテーパ状の凹部を形成できる。
最後に、ダイシング装置により、所定の大きさにカット
すると、凹部５２をＳｉ基板２０に３×３個、合計９個
をアレイ状に配置した９チャンネル用のアライメント基
板５０が得られる。

【００５０】一方、樹脂などを用いてアライメント基板
５１を製作する場合には、キャストモールドなどの方法
により同様の形状を形成することができる。

【００５１】図５（ｃ）及び（ｄ）は、本発明において
用いることができるアライメント基板の変形例を表す概
略断面図である。図５（ｃ）に示した本変形例において
は、基板５１の裏面に透明な樹脂材５１Ａがコーティン
グされている。これにより、基板の機械的強度が改善さ
れる。すなわち、基板５１の底面は、その厚みが薄く、
機械的強度が十分でない場合も生ずる。このような場合
に、透明材５１Ａをコーティングすることにより機械的
強度を高めることができる。これは、図７及び図９に関
して後述するコネクタ型のモジュールにおいて、光結合
面の強度を改善するために効果的である。

【００５２】一方、図５（ｄ）に示した変形例において
は、基板５１の裏面において、光結合部を除いて金（Ａ
ｕ）などの遮光膜５１Ｂが形成されている。このような
遮光膜を形成することにより、チャンネル間の光アイソ
レーションを高めることができる。

【００５３】また、本発明において用いるアライメント
基板は、３×３の凹部を有するものに限られず、基板に
凹部を１個形成した１チャンネル用のアライメント基板
の場合も有効に利用できるものである。また、チャンネ
ル数やサイズに合わせて（ｍ×ｎ）個（ｍ、ｎは任意の
自然数）、あるいは（１×ｍ）個（ｍは任意の自然数）
でも適宜製作可能である。さらに、凹部は上面から見て
正方形と限ったものではなく長方形、三角形、六角形、
円形でも良く、その形状、寸法も適宜決定することがで
きる。例えば、一枚のウェーハに多数のテーパ部の溝を
格子状に配置して、任意の大きさにダイシングすれば、
ウェーハ１枚から任意の配列、寸法、形状のアライメン
ト基板が得られる。

【００５４】また、多数のウェーハをバッチ単位で処理
すれば大量生産が可能であり、その結果、低コスト化が
計れることは言うまでもない。

【００５５】次に、本実施形態の光アレイモジュールの
製造工程を説明する。図６は、本実施形態の光アレイモ
ジュールの製造工程の一部を表す概略組立図である。す
なわち、ステム３の掘り込みに金スズ（ＡｕＳｎ）プリ
フォーム半田３４を載せ、次に、光半導体素子３３の受
光面あるいは発光面が上になるように素子アレイ３０を
マウントする。次に、アライメント基板５０を固定する
ためのＡｕＳｎプリフォーム半田３５をステム３２に設
けた２段目の溝に載せ、アライメント基板５０を凹部を
上にして置く。その後、荷重をかけながら、約３００℃
に加熱する。その結果、素子アレイ３０とアライメント
基板５０とがそれぞれステムに半田で固定される。この
とき光半導体素子３３はステム３２、アライメント基板
５０および半田３５より気密封止されているため、湿気
やガスなどから守られ、高い信頼性が得られる。

【００５６】一方、９本の光ファイバ３６をファイバホ
ルダ３７に形成してある四角の穴に挿入し端面を揃えて
おく。この状態では光ファイバ４は軸方向に動かすこと
ができる。次に、予め凹部５２に透明なエポキシ接着剤
を入れておいたステムを、側面がファイバホルダ３７の
溝に入るように上へ押し上げていく。ステムがファイバ
ホルダに入りきる前に光ファイバ３６内のクラッド３８
Ｂの端部が凹部５２の斜面に突き当たりガイドされてア
ライメントが確保される。

【００５７】その後、エポキシ接着剤を塗布して熱処理
すると、ステム３２とファイバホルダ３７および光ファ
イバ３６の端面と凹部５２が固定される。このようにし
て、アライメント基板５０の凹部５２に光ファイバ３６
をアレイ状にアライメントした光アレイモジュールが完
成する。

【００５８】また、光半導体素子、アライメント基板、
光ファイバを同一の透明な樹脂剤で一括で固定しても実
現可能である。

【００５９】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図７は、本発明の第４の実施の形態にかかる
光アレイモジュールの概略断面図である。また、図８
は、このモジュールの要部斜視図である。すなわち、本
実施形態のモジュールは、縦横各３チャンネル、全９チ
ャンネルのコネクタモジュールである。同図において、
６０は３×３個の凹部を有するアライメント基板であ
り、６６は光結合を行っている光ファイバで、６７は光
ファイバ６６とアライメント基板６０との位置決め固定
を行うファイバホルダであり、６９よび７２のエポキシ
接着剤で固定している。６８Ａは光ファイバ６６の中心
部を占める光を伝達する石英ガラスからなるコアであ
る。その外周にはクラッド６８Ｂがあり、さらに保護材
である樹脂６８Ｃにより被覆されている。なお、ここで
も、石英ファイバの代わりにＰＯＦを用いても良い。

【００６０】アライメント基板６０の凹部６２の開口サ
イズはファイバのクラッド６８Ｂの径に応じて決定され
ている。本実施形態ではクラッド径より５０％程度大き
くしている。アライメント基板６０の形状や製造方法は
第３実施形態に関して前述したものと同様であるので、
詳細な説明は省略する。

【００６１】本実施形態のモジュールは、アライメント
基板６０の外側に図示しない他のモジュールを接続し、
アライメント基板６０の裏面を介してファイバ６６と光
結合させる。すなわち、アライメント基板６０の裏面に
は凹凸のない平坦な光結合面が得られる。

【００６２】次に、本実施形態のモジュールの製造工程
を簡単に説明する。

【００６３】９本の光ファイバの端面を光ファイバ固定
用のホルダ６７に形成してある四角の穴に挿入し端面を
揃えておく。この状態では光ファイバは軸方向に動かす
ことができる。次に、予め凹部５２の周辺に透明なエポ
キシ接着剤７２を塗布して、側面がファイバホルダの溝
に入るように上へ押し上げていく。アライメント基板６
０がファイバホルダ６７に入りきる前に光ファイバ６６
内のクラッド６８Ｂの端部が凹部５２の斜面に突き当た
りガイドされながら、アライメントされていく。熱処理
を行いエポキシ接着剤を固化する。最後に、エポキシ接
着剤６９を塗布して、光ファイバの固定強度を高める。
その結果、Ｓｉ基板の凹部５２に光ファイバをアレイ状
に配置した光ファイバアレイ型コネクタが実現できる。

【００６４】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図９は、本発明の第５の実施の形態にかかる
光アレイモジュールを表す概略断面図である。本実施形
態のモジュールは、縦横各３チャンネル、全９チャンネ
ル用のコネクタ型光ファイバアレイモジュールである。
本実施形態のモジュールは、アライメント基板９０Ｂの
裏面側に凹凸のない平坦な結合面を有し、例えば、図７
に例示したコネクタと結合することができる。すなわ
ち、図９において、８０は３×３個の光半導体素子８３
が形成された素子アレイ、９０Ａ及び９０Ｂは、それぞ
れ３×３個の凹部が形成されたアライメント基板であ
る。素子アレイ８０に設けられている光半導体素子８３
は、受信用モジュールの場合はＰＤであり、送信用モジ
ュールの場合はＬＥＤあるいはＬＤである。８２は素子
アレイ８０とアライメント基板９０Ａとをマウントする
ためのステムである。ステム８２は、例えばコバールか
らなり、素子アレイ８０の外形寸法に合わせた掘り込み
があり、さらにその上部にはアライメント基板９０Ａの
外形寸法に合わせた段差が設けてある。８６は光結合を
行う光ファイバであり、８７は光ファイバ８６とステム
８２との位置決め固定を行うファイバホルダである。こ
れらは、エポキシ接着剤４１で固定されている。

【００６５】８８Ａは光ファイバ８６の中心部を占める
光を伝達する石英ガラスからなるコアである。その外周
にはクラッド８８Ｂがあり、さらに保護材である樹脂８
８Ｃで被覆されている。クラッド８８Ｂの外形寸法を合
わせて、アライメント基板９０Ａと９０Ｂの凹部の開口
サイズを決定している。すなわち、本実施形態において
は、ファイバ８６の両端において、クラッド８８Ｂがそ
れぞれアライメント基板９０Ａ、９０Ｂの凹部のテーパ
面に突き当たるようにしてアライメントがとられてい
る。

【００６６】アライメント基板の凹部９２Ａ、９２Ｂの
開口径やテーパ面の角度は、ファイバの径などに応じて
適宜決定することができる。例えば、凹部の開口は、ク
ラッド径より５０％程度大きくすることができる。ま
た、図９には、石英ファイバを用いた場合を例示した
が、これ以外にも、例えば、前述したＰＯＦも同様に用
いることができる。

【００６７】２０は図示しない配線経路を介して光半導
体素子８３などに接続されている外部電気端子である。
アライメント基板９０Ｂは、光ファイバ固定用のホルダ
８７にエポキシ接着剤７２により固定されている。

【００６８】本実施形態のモジュールの製造方法は、前
述した各実施形態とほぼ同様である。すなわち、予め両
端の光結合端面を出しておいた短尺の光ファイバを用
い、アライメント基板９０Ａと９０Ｂの凹部にそれぞれ
挿入してテーパ面によりアライメントをとることができ
る。また、アライメント基板９０Ａの代わりに第１実施
形態で示した反射鏡アレイを搭載すれば、反射鏡アレイ
を搭載したコネクタ型光ファイバアレイモジュールも実
現できる。

【００６９】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。図１０は、本発明の第６の実施の形態にかか
る光アレイモジュールの概略組立図である。同図のモジ
ュールは、反射鏡アレイを搭載した２次元型イメージセ
ンサである。すなわち、同図において、９５はマトリク
ス状に配置した受光素子アレイであり、例えば、図示し
ない原稿面からの反射光が入力されると、原稿面の画像
に対応した画像光信号を電気信号に変換するものであ
る。９８は受光素子アレイ９５の受光面に合わせて形成
したテーパ状の窓９８Ａが設けられた反射鏡アレイであ
る。この反射鏡アレイの詳細は、図２に関して前述した
ものと概略同様とすることができる。すなわち、それぞ
れの窓部は、入射窓、反射面および出射窓を有し、これ
らの寸法や角度は、用いる受光素子アレイ９５の受光面
の寸法などにより適宜決定することができる。

【００７０】本実施形態によれば、入射窓の寸法を受光
素子の受光面より大きくすることで、本来受光素子間に
位置する受光面でない部分の光を集光でき、感度の高い
２次元型イメージセンサが実現できる。また、反射鏡の
テーパの角度を調整することにより原稿面からの不要な
反射光である散乱光をテーパ部で反射し法線成分の光を
効率良く入射できるため、解像度を向上させたイメージ
センサを実現できる。

【００７１】また、本実施例の構造はＣＣＤカメラの光
入力部や液晶プロジェクタの光量アップなどにも適用可
能である。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
独特の構成を有するアライメント基板を用いることによ
り、多チャンネル型の光アレイモジュールにおいて光フ
ァイバのアライメント精度を改善し、光ファイバと光素
子との光結合の位置合わせトレランスが広く、また、構
造が簡略化され、製造コストも低減することができる。

【００７３】さらに、本発明によれば、衝撃や振動など
対してアライメントのずれが少なくなり、機械的耐久性
を高めてモジュールの信頼性も改善することができる。

【００７４】また、光半導体素子を気密状態に封止する
ことが容易となり、湿気や腐食性雰囲気から光半導体素
子を保護して、モジュールの信頼性を改善することもで
きる。

【００７５】一方、本発明によれば、反射鏡アレイを用
いることにより、光ファイバアレイからの光信号を効率
良く受光素子へ集光し、発光素子からの光を効率良く光
りファイバに結合できる光アレイモジュールを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる光アレイモ
ジュールの断面図である。

【図２】本発明のモジュールに用いる反射鏡アレイ１１
の概略斜視図及びＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】本発明による第２の光アレイモジュールを表す
概略断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる光アレイモ
ジュールの概略断面図である。

【図５】アライメント基板５０を表す概略斜視図及びそ
のＡ−Ａ’線断面図である。

【図６】第３実施形態の光アレイモジュールの製造工程
の一部を表す概略組立図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態にかかる光アレイモ
ジュールの概略断面図である。

【図８】第４実施形態のモジュールの要部斜視図であ
る。

【図９】本発明の第５の実施の形態にかかる光アレイモ
ジュールを表す概略断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施の形態にかかる光アレイ
モジュールの概略組立図である。

【図１１】従来の光アレイモジュールに用いられている
２次元光ファイバアレイ部の概略断面図である。

【図１２】従来のマイクロレンズアレイを表す概略斜視
図及び断面図である。

【符号の説明】

１，１０１Ｓｉ基板２，２１反射鏡３反射膜４，４１反射面５入射窓６出射窓７入射光８反射光１０受光素子アレイ１１反射鏡アレイ１２ステム１３受光素子１４ＡｕＳｎプリフォーム半田１５ＡｕＳｎ半田１６、３６、６６、８６光ファイバ１７、３７、６７、８７ファイバホルダ１８コア１９エポキシ接着剤２０外部電気端子２１ＹＡＧ溶接部２２発光素子アレイ２３発光素子３０素子アレイ３３光半導体素子５０、６０、９０Ａ、９０Ｂアライメント基板１０２Ｖ溝１０３光ファイバ１０４半田１１０石英ガラス１１１レンズ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体素子と、略テーパ状の内壁面を有する貫通孔が形成された反射鏡
アレイと、光ファイバと、を備え、前記光ファイバの一端は前記反射鏡アレイの前記貫通孔
の一端側に配置され、前記光半導体素子は、前記反射鏡アレイの前記貫通孔の
他端側に配置され、前記貫通孔の内壁面は反射鏡として構成され、前記光ファイバと前記光半導体素子とは前記貫通孔を介
して光学的に結合されていることを特徴とする光アレイ
モジュール。
【請求項２】略テーパ状の内壁面を有する貫通孔が形成
され、前記貫通孔の内壁面が反射鏡として構成されたことを特
徴とする反射鏡アレイ。
【請求項３】光半導体素子と、略テーパ状の内壁面と略平面状の底面とを有する凹部が
表面側に形成されたアライメント基板と、光ファイバと、を備え、前記光ファイバの一端は前記アライメント基板の前記凹
部の前記略テーパ状の内壁面に接触した状態で保持さ
れ、前記光ファイバと前記光半導体素子とは、前記凹部
の前記底面を介して光学的に結合されていることを特徴
とする光アレイモジュール。
【請求項４】略テーパ状の内壁面と略平面状の底面とを
有する凹部が表面側に形成されたアライメント基板と、光ファイバと、を備え、前記アライメント基板の裏面側において外部の
装置と接続されるコネクタ型の光アレイモジュールであ
って、前記光ファイバの一端は前記アライメント基板の前記凹
部の前記略テーパ状の内壁面に接触した状態で保持さ
れ、前記光ファイバと前記外部の装置とは、前記凹部の
前記底面を介して光学的に結合されるものとして構成さ
れていることを特徴とする光アレイモジュール。